Merge commit 'cebdedca57d95834a8f8098c7b6a322a1163e26b'
[ffmpeg.git] / libavcodec / a64multienc.c
1 /*
2  * a64 video encoder - multicolor modes
3  * Copyright (c) 2009 Tobias Bindhammer
4  *
5  * This file is part of FFmpeg.
6  *
7  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
8  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
9  * License as published by the Free Software Foundation; either
10  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
11  *
12  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
13  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
15  * Lesser General Public License for more details.
16  *
17  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
18  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
19  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
20  */
21
22 /**
23  * @file
24  * a64 video encoder - multicolor modes
25  */
26
27 #include "a64colors.h"
28 #include "a64tables.h"
29 #include "elbg.h"
30 #include "internal.h"
31 #include "libavutil/common.h"
32 #include "libavutil/intreadwrite.h"
33
34 #define DITHERSTEPS   8
35 #define CHARSET_CHARS 256
36 #define INTERLACED    1
37 #define CROP_SCREENS  1
38
39 #define C64XRES 320
40 #define C64YRES 200
41
42 typedef struct A64Context {
43     /* general variables */
44     AVFrame picture;
45
46     /* variables for multicolor modes */
47     AVLFG randctx;
48     int mc_lifetime;
49     int mc_use_5col;
50     unsigned mc_frame_counter;
51     int *mc_meta_charset;
52     int *mc_charmap;
53     int *mc_best_cb;
54     int mc_luma_vals[5];
55     uint8_t *mc_charset;
56     uint8_t *mc_colram;
57     uint8_t *mc_palette;
58     int mc_pal_size;
59
60     /* pts of the next packet that will be output */
61     int64_t next_pts;
62 } A64Context;
63
64 /* gray gradient */
65 static const int mc_colors[5]={0x0,0xb,0xc,0xf,0x1};
66
67 /* other possible gradients - to be tested */
68 //static const int mc_colors[5]={0x0,0x8,0xa,0xf,0x7};
69 //static const int mc_colors[5]={0x0,0x9,0x8,0xa,0x3};
70
71 static void to_meta_with_crop(AVCodecContext *avctx, AVFrame *p, int *dest)
72 {
73     int blockx, blocky, x, y;
74     int luma = 0;
75     int height = FFMIN(avctx->height, C64YRES);
76     int width  = FFMIN(avctx->width , C64XRES);
77     uint8_t *src = p->data[0];
78
79     for (blocky = 0; blocky < C64YRES; blocky += 8) {
80         for (blockx = 0; blockx < C64XRES; blockx += 8) {
81             for (y = blocky; y < blocky + 8 && y < C64YRES; y++) {
82                 for (x = blockx; x < blockx + 8 && x < C64XRES; x += 2) {
83                     if(x < width && y < height) {
84                         /* build average over 2 pixels */
85                         luma = (src[(x + 0 + y * p->linesize[0])] +
86                                 src[(x + 1 + y * p->linesize[0])]) / 2;
87                         /* write blocks as linear data now so they are suitable for elbg */
88                         dest[0] = luma;
89                     }
90                     dest++;
91                 }
92             }
93         }
94     }
95 }
96
97 static void render_charset(AVCodecContext *avctx, uint8_t *charset,
98                            uint8_t *colrammap)
99 {
100     A64Context *c = avctx->priv_data;
101     uint8_t row1, row2;
102     int charpos, x, y;
103     int a, b;
104     uint8_t pix;
105     int lowdiff, highdiff;
106     int *best_cb = c->mc_best_cb;
107     static uint8_t index1[256];
108     static uint8_t index2[256];
109     static uint8_t dither[256];
110     int i;
111     int distance;
112
113     /* generate lookup-tables for dither and index before looping */
114     i = 0;
115     for (a=0; a < 256; a++) {
116         if(i < c->mc_pal_size -1 && a == c->mc_luma_vals[i + 1]) {
117             distance = c->mc_luma_vals[i + 1] - c->mc_luma_vals[i];
118             for(b = 0; b <= distance; b++) {
119                   dither[c->mc_luma_vals[i] + b] = b * (DITHERSTEPS - 1) / distance;
120             }
121             i++;
122         }
123         if(i >= c->mc_pal_size - 1) dither[a] = 0;
124         index1[a] = i;
125         index2[a] = FFMIN(i + 1, c->mc_pal_size - 1);
126     }
127
128     /* and render charset */
129     for (charpos = 0; charpos < CHARSET_CHARS; charpos++) {
130         lowdiff  = 0;
131         highdiff = 0;
132         for (y = 0; y < 8; y++) {
133             row1 = 0; row2 = 0;
134             for (x = 0; x < 4; x++) {
135                 pix = best_cb[y * 4 + x];
136
137                 /* accumulate error for brightest/darkest color */
138                 if (index1[pix] >= 3)
139                     highdiff += pix - c->mc_luma_vals[3];
140                 if (index1[pix] < 1)
141                     lowdiff += c->mc_luma_vals[1] - pix;
142
143                 row1 <<= 2;
144
145                 if (INTERLACED) {
146                     row2 <<= 2;
147                     if (interlaced_dither_patterns[dither[pix]][(y & 3) * 2 + 0][x & 3])
148                         row1 |= 3-(index2[pix] & 3);
149                     else
150                         row1 |= 3-(index1[pix] & 3);
151
152                     if (interlaced_dither_patterns[dither[pix]][(y & 3) * 2 + 1][x & 3])
153                         row2 |= 3-(index2[pix] & 3);
154                     else
155                         row2 |= 3-(index1[pix] & 3);
156                 }
157                 else {
158                     if (multi_dither_patterns[dither[pix]][(y & 3)][x & 3])
159                         row1 |= 3-(index2[pix] & 3);
160                     else
161                         row1 |= 3-(index1[pix] & 3);
162                 }
163             }
164             charset[y+0x000] = row1;
165             if (INTERLACED) charset[y+0x800] = row2;
166         }
167         /* do we need to adjust pixels? */
168         if (highdiff > 0 && lowdiff > 0 && c->mc_use_5col) {
169             if (lowdiff > highdiff) {
170                 for (x = 0; x < 32; x++)
171                     best_cb[x] = FFMIN(c->mc_luma_vals[3], best_cb[x]);
172             } else {
173                 for (x = 0; x < 32; x++)
174                     best_cb[x] = FFMAX(c->mc_luma_vals[1], best_cb[x]);
175             }
176             charpos--;          /* redo now adjusted char */
177         /* no adjustment needed, all fine */
178         } else {
179             /* advance pointers */
180             best_cb += 32;
181             charset += 8;
182
183             /* remember colorram value */
184             colrammap[charpos] = (highdiff > 0);
185         }
186     }
187 }
188
189 static av_cold int a64multi_close_encoder(AVCodecContext *avctx)
190 {
191     A64Context *c = avctx->priv_data;
192     av_free(c->mc_meta_charset);
193     av_free(c->mc_best_cb);
194     av_free(c->mc_charset);
195     av_free(c->mc_charmap);
196     av_free(c->mc_colram);
197     return 0;
198 }
199
200 static av_cold int a64multi_init_encoder(AVCodecContext *avctx)
201 {
202     A64Context *c = avctx->priv_data;
203     int a;
204     av_lfg_init(&c->randctx, 1);
205
206     if (avctx->global_quality < 1) {
207         c->mc_lifetime = 4;
208     } else {
209         c->mc_lifetime = avctx->global_quality /= FF_QP2LAMBDA;
210     }
211
212     av_log(avctx, AV_LOG_INFO, "charset lifetime set to %d frame(s)\n", c->mc_lifetime);
213
214     c->mc_frame_counter = 0;
215     c->mc_use_5col      = avctx->codec->id == AV_CODEC_ID_A64_MULTI5;
216     c->mc_pal_size      = 4 + c->mc_use_5col;
217
218     /* precalc luma values for later use */
219     for (a = 0; a < c->mc_pal_size; a++) {
220         c->mc_luma_vals[a]=a64_palette[mc_colors[a]][0] * 0.30 +
221                            a64_palette[mc_colors[a]][1] * 0.59 +
222                            a64_palette[mc_colors[a]][2] * 0.11;
223     }
224
225     if (!(c->mc_meta_charset = av_malloc(32000 * c->mc_lifetime * sizeof(int))) ||
226        !(c->mc_best_cb       = av_malloc(CHARSET_CHARS * 32 * sizeof(int)))     ||
227        !(c->mc_charmap       = av_mallocz(1000 * c->mc_lifetime * sizeof(int))) ||
228        !(c->mc_colram        = av_mallocz(CHARSET_CHARS * sizeof(uint8_t)))     ||
229        !(c->mc_charset       = av_malloc(0x800 * (INTERLACED+1) * sizeof(uint8_t)))) {
230         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Failed to allocate buffer memory.\n");
231         return AVERROR(ENOMEM);
232     }
233
234     /* set up extradata */
235     if (!(avctx->extradata = av_mallocz(8 * 4 + FF_INPUT_BUFFER_PADDING_SIZE))) {
236         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Failed to allocate memory for extradata.\n");
237         return AVERROR(ENOMEM);
238     }
239     avctx->extradata_size = 8 * 4;
240     AV_WB32(avctx->extradata, c->mc_lifetime);
241     AV_WB32(avctx->extradata + 16, INTERLACED);
242
243     avcodec_get_frame_defaults(&c->picture);
244     avctx->coded_frame            = &c->picture;
245     avctx->coded_frame->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
246     avctx->coded_frame->key_frame = 1;
247     if (!avctx->codec_tag)
248          avctx->codec_tag = AV_RL32("a64m");
249
250     c->next_pts = AV_NOPTS_VALUE;
251
252     return 0;
253 }
254
255 static void a64_compress_colram(unsigned char *buf, int *charmap, uint8_t *colram)
256 {
257     int a;
258     uint8_t temp;
259     /* only needs to be done in 5col mode */
260     /* XXX could be squeezed to 0x80 bytes */
261     for (a = 0; a < 256; a++) {
262         temp  = colram[charmap[a + 0x000]] << 0;
263         temp |= colram[charmap[a + 0x100]] << 1;
264         temp |= colram[charmap[a + 0x200]] << 2;
265         if (a < 0xe8) temp |= colram[charmap[a + 0x300]] << 3;
266         buf[a] = temp << 2;
267     }
268 }
269
270 static int a64multi_encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
271                                  const AVFrame *pict, int *got_packet)
272 {
273     A64Context *c = avctx->priv_data;
274     AVFrame *const p = &c->picture;
275
276     int frame;
277     int x, y;
278     int b_height;
279     int b_width;
280
281     int req_size, ret;
282     uint8_t *buf = NULL;
283
284     int *charmap     = c->mc_charmap;
285     uint8_t *colram  = c->mc_colram;
286     uint8_t *charset = c->mc_charset;
287     int *meta        = c->mc_meta_charset;
288     int *best_cb     = c->mc_best_cb;
289
290     int charset_size = 0x800 * (INTERLACED + 1);
291     int colram_size  = 0x100 * c->mc_use_5col;
292     int screen_size;
293
294     if(CROP_SCREENS) {
295         b_height = FFMIN(avctx->height,C64YRES) >> 3;
296         b_width  = FFMIN(avctx->width ,C64XRES) >> 3;
297         screen_size = b_width * b_height;
298     } else {
299         b_height = C64YRES >> 3;
300         b_width  = C64XRES >> 3;
301         screen_size = 0x400;
302     }
303
304     /* no data, means end encoding asap */
305     if (!pict) {
306         /* all done, end encoding */
307         if (!c->mc_lifetime) return 0;
308         /* no more frames in queue, prepare to flush remaining frames */
309         if (!c->mc_frame_counter) {
310             c->mc_lifetime = 0;
311         }
312         /* still frames in queue so limit lifetime to remaining frames */
313         else c->mc_lifetime = c->mc_frame_counter;
314     /* still new data available */
315     } else {
316         /* fill up mc_meta_charset with data until lifetime exceeds */
317         if (c->mc_frame_counter < c->mc_lifetime) {
318             *p = *pict;
319             p->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
320             p->key_frame = 1;
321             to_meta_with_crop(avctx, p, meta + 32000 * c->mc_frame_counter);
322             c->mc_frame_counter++;
323             if (c->next_pts == AV_NOPTS_VALUE)
324                 c->next_pts = pict->pts;
325             /* lifetime is not reached so wait for next frame first */
326             return 0;
327         }
328     }
329
330     /* lifetime reached so now convert X frames at once */
331     if (c->mc_frame_counter == c->mc_lifetime) {
332         req_size = 0;
333         /* any frames to encode? */
334         if (c->mc_lifetime) {
335             req_size = charset_size + c->mc_lifetime*(screen_size + colram_size);
336             if ((ret = ff_alloc_packet2(avctx, pkt, req_size)) < 0)
337                 return ret;
338             buf = pkt->data;
339
340             /* calc optimal new charset + charmaps */
341             ff_init_elbg(meta, 32, 1000 * c->mc_lifetime, best_cb, CHARSET_CHARS, 50, charmap, &c->randctx);
342             ff_do_elbg  (meta, 32, 1000 * c->mc_lifetime, best_cb, CHARSET_CHARS, 50, charmap, &c->randctx);
343
344             /* create colorram map and a c64 readable charset */
345             render_charset(avctx, charset, colram);
346
347             /* copy charset to buf */
348             memcpy(buf, charset, charset_size);
349
350             /* advance pointers */
351             buf      += charset_size;
352             charset  += charset_size;
353         }
354
355         /* write x frames to buf */
356         for (frame = 0; frame < c->mc_lifetime; frame++) {
357             /* copy charmap to buf. buf is uchar*, charmap is int*, so no memcpy here, sorry */
358             for (y = 0; y < b_height; y++) {
359                 for (x = 0; x < b_width; x++) {
360                     buf[y * b_width + x] = charmap[y * b_width + x];
361                 }
362             }
363             /* advance pointers */
364             buf += screen_size;
365             req_size += screen_size;
366
367             /* compress and copy colram to buf */
368             if (c->mc_use_5col) {
369                 a64_compress_colram(buf, charmap, colram);
370                 /* advance pointers */
371                 buf += colram_size;
372                 req_size += colram_size;
373             }
374
375             /* advance to next charmap */
376             charmap += 1000;
377         }
378
379         AV_WB32(avctx->extradata + 4,  c->mc_frame_counter);
380         AV_WB32(avctx->extradata + 8,  charset_size);
381         AV_WB32(avctx->extradata + 12, screen_size + colram_size);
382
383         /* reset counter */
384         c->mc_frame_counter = 0;
385
386         pkt->pts = pkt->dts = c->next_pts;
387         c->next_pts         = AV_NOPTS_VALUE;
388
389         pkt->size   = req_size;
390         pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
391         *got_packet = !!req_size;
392     }
393     return 0;
394 }
395
396 #if CONFIG_A64MULTI_ENCODER
397 AVCodec ff_a64multi_encoder = {
398     .name           = "a64multi",
399     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
400     .id             = AV_CODEC_ID_A64_MULTI,
401     .priv_data_size = sizeof(A64Context),
402     .init           = a64multi_init_encoder,
403     .encode2        = a64multi_encode_frame,
404     .close          = a64multi_close_encoder,
405     .pix_fmts       = (const enum AVPixelFormat[]) {AV_PIX_FMT_GRAY8, AV_PIX_FMT_NONE},
406     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Multicolor charset for Commodore 64"),
407     .capabilities   = CODEC_CAP_DELAY,
408 };
409 #endif
410 #if CONFIG_A64MULTI5_ENCODER
411 AVCodec ff_a64multi5_encoder = {
412     .name           = "a64multi5",
413     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
414     .id             = AV_CODEC_ID_A64_MULTI5,
415     .priv_data_size = sizeof(A64Context),
416     .init           = a64multi_init_encoder,
417     .encode2        = a64multi_encode_frame,
418     .close          = a64multi_close_encoder,
419     .pix_fmts       = (const enum AVPixelFormat[]) {AV_PIX_FMT_GRAY8, AV_PIX_FMT_NONE},
420     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Multicolor charset for Commodore 64, extended with 5th color (colram)"),
421     .capabilities   = CODEC_CAP_DELAY,
422 };
423 #endif